Группа учёных из Стэнфордского университета под руководством профессора биоинженерии Кристины Смолк (на фото вторая слева) давно ведёт генетические эксперименты с дрожжами. Недавно им удалось совершить серьёзное открытие. С помощью ряда генетических модификаций они получили тип дрожжей, которые перерабатывают сахар в гидрокодон.

Гидрокодон (викодин) — полусинтетический опиат, получаемый из природных опиатов кодеина или тебаина. Это эффективное наркотическое обезболивающее лекарство, оборот которого на территории РФ, кстати, запрещён.

Хотя в РФ викодин под запретом, но трудно переоценить научное значение этого открытия. По данным Всемирной организации здравоохранения, 5,5 миллиардов людей в мире не имеют или почти не имеют доступа к обезболивающим препаратам. Созданные в Стэнфорде дрожжи способны производить гидрокодон за три-пять дней.

Сейчас для изготовления таких обезболивающих требуется длительная процедура: сначала опиумный мак выращивают на отдельных фермах, получивших разрешение у правительства. Затем его собирают, обрабатывают и отправляют на фармацевтические заводы в США, где происходит очистка и изготовление лекарства.

Дрожжи значительно упрощают этот процесс, так что обезболивающие препараты, теоретически, станут дешевле и доступнее даже в бедных странах.

Перед изготовлением опиатов научная группа Кристины Смолк создала генетически модифицированные дрожжи, которые вырабатывали противомалярийное лекарство артемизинин. Тот успешный опыт и доказал возможность изготовления и других препаратов аналогичным способом.

«Когда мы начинали работу десять лет назад, многие эксперты считали невозможным создание дрожжей, которые заменяют весь процесс от фермы до производства», — говорит профессор Смолк. Однако удалось доказать, что это все-таки реально. Правда, пока выдача препарата исключительно мала: для получения одной дозы обезболивающего требуется аж 16 650 литров генетически модифицированных дрожжей. Но главное, что эксперимент доказал теоретическую возможность такого процесса.

Генетически модифицированные дрожжи содержат 23 посторонних гена от пяти организмов, изображенных на иллюстрации (сверху вниз): калифорнийский мак, крыса, коптис, бактерия и опиумный мак.

Фрагменты ДНК этих организмов вводили в клетки дрожжей. С их помощью клетки могли произвести все ферменты, необходимые для превращения сахара в гидрокодон, который блокирует болевые рецепторы в мозге.

«Ферменты производят и разрушают молекулы, — говорит Стефани Галани (Stephanie Galanie), аспирант Стэнфорда и участник научной группы Смолк. — Это боевые герои биологии».

Многие растения, в том числе опиумный мак, производят молекулу S-ретикулин — прекурсор для активных ингридиентов, которые имеют обезболивающие свойства. В опиумном маке S-ретикулин естественным образом изменяется на зеркальный вариант R-ретикулин. Научная группа профессора Смолк нашла фермент, который осуществляет обратную реконфигурацию ретикулина.

S-ретикулин и R-ретикулин

После реконфигурации ретикулина за дело берутся другие ферменты, в том числе шесть ферментов от крысы, чтобы завершить изготовление нужной молекулы.

Во время экспериментального тестирования было организовано две производственные линии. На одной производился тебаин, который можно использовать для изготовления обезболивающих препаратов. На другой — гидрокодон.

«Это только начало, — говорит Смолк. — Разработанную нами технику для обезболивающих опиатов можно адаптировать, чтобы производить многие лекарства на растительной основе для борьбы с раком, инфекционными заболеваниями и хроническими болезнями, такими как высокое артериальное давление и артрит».

Научная статья «Полный биосинтез опиоидов в дрожжах» (“Complete biosynthesis of opioids in yeast”) опубликована 14 августа 2015 года в журнале Science.